Навіщо людям такий складний орган, як мозок і як він нам дістався? Чому нам потрібно так багато нейронів? Хіба нам не вистачить, наприклад, двадцяти тисяч нервових клітин, які є у равлика, який вже багато мільйонів років чудово виживає та адаптується у своєму середовищі. 6-7 мільйонів років тому посушливий клімат Землі значно скоротив території тропічних лісів, де в основному і жили древні примати. Їм довелося пристосовуватися до нових умов, життя в савані. Перебіжки між деревами та чагарниками все частіше давні примати робили на задніх кінцівках, щоб оглядатися, бачити одноплемінників, джерела їжі чи своїх ворогів. Близько трьох мільйонів років тому це були перші кроки наших далеких предків. Швидше за все це сталося на території сучасної східної Африки.

Приблизно 500-600 тисяч років тому вони поділилися на кілька ліній. Одна з яких призвела до неандертальської людини, а інша – до людини розумної. Водночас від Африки та Європи до Месопотамії та Сибіру близькі родичі Homo Sapiens – гейдельберзька людина, Денисовська людина, Родезійська людина та інші. Кожен із них перевершував наших предків за фізичною силою та обсягом головного мозку. Щоб вижити людині розумній, потрібно було змінюватися, розвивати нові якості тіла та психіки.

Є такі поняття – еволюція поведінки та еволюція структури мозку. Вони йдуть у паралелі. Чим складніше, тим складніше поведінка. Якщо і змушує тварин еволюціонувати, то це змагання між видами. Щоб вижити у цій конкуренції, їм потрібно було відрізнятись якось від інших видів. І не виключено, що дозволили нашому виду вижити і окупувати планету, винищивши решту конкурентів.

Люди постійно задаються тим самим питанням: ? Кожен відповідає за своїм, але природа має одну просту відповідь – продовження роду. Усе, що ми біологічно запрограмовані – це передача генетичної інформації наступному поколінню. Як би ми про себе не думали, але в цьому ми не відрізняємося від того ж равлика. Кожен на землі змушений вирішувати три найважливіші завдання: розмноження, харчування та домінування.

Якщо з розмноженням та харчуванням все очевидно, то що означає домінантність? Будь-яка особина змушена доводити свою перевагу над одноплемінниками, інакше одноплемінники затопчуть. Це повертає нас до того, з чого ми починали – до змагання, конкуренції. Мозок вирішує ці три біологічні завдання на автопілоті, без нашої вольової участі. Мозок контролює рівень гормонів у крові, які, таким чином, реалізують наші потреби у сексі, харчуванні та прагненні перемагати.

Наприклад, є області мозку, які відповідають за конкретну ситуацію. Ці нейрони реагують на рівень глюкози в крові та посилають сигнал мозку, наприклад: потрібно добути їжу. І це робиться несвідомо, природно, як рух руки або ноги. І цим ми схожі на сучасні примати. Але чому їх предки так і залишилися мавпами – ми ?

Мозок людини і мозок шимпанзе

Якби не різниця в розмірах, їх майже неможливо розрізнити. Значна частина мозку – це структури так званої лімбічної системи. Це одна із найдавніших частин мозку, яка з'явилася ще у перших хребетних. Лімбічна практично нічим не відрізняється від свого аналога у мавп. Зона її відповідальності – це самі тваринні інстинкти: розмноження, харчування, домінантність. Потім з'явилися емоції та пам'ять.

Тонкий шар сірої речовини покриває всі звивини та борозни великих півкуль головного мозку. Це нова кора - неокортекс, яка з'явилася ще у нижчих ссавців. У шимпанзе вона вже досить розвинена, але тільки у людини нова кора не просто покриває великі півкулі мозку, а й значно ускладнюється. Саме з розвитком нової кори вчені пов'язують появу творчого мислення та свідомості.

Гіпноз та людський мозок

– це свого роду інструмент, який дозволить розглянути механізми деяких психічних функцій людини. Як правило, ці функції пов'язані з роботою кори великих півкуль головного мозку. Ви точно знаєте, як виглядають ваші батьки, друзі, колеги по роботі чи просто знайомі люди. Нехай навіть знаєте ви їх просто за фотографіями чи кіно. А тепер уявіть, якщо такі знайомі особи за допомогою гіпнозу стануть раптом вам абсолютно чужими. Втративши навіть таку здатність як розпізнавання осіб, ми втрачаємо і частину себе. І ця здатність – заслуга нашого неокортексу.

Або, наприклад, ми можемо вирішувати велику кількість завдань: логічні, просторові і т.д. Але позбав нас цієї можливості і ми не зможемо розібрати навіть просту головоломку.

У будь-який момент часу ми можемо уявити, що робитимемо через годину чи через день, тобто плануватимемо своє життя. Знаємо як виглядає знайома нам людина. Ми здатні серед десятків предметів вибрати той, що належить нам. І це лише мала частина того, чим ми завдячуємо нашому неокортексу. Що ж змусило цю частину мозку збільшитися в розмірах і дати нам незаперечну перевагу перед рештою приматів?

Можливі причини збільшення людського мозку

Основна відбувалася у кронах дерев, коли відбувався розвиток сенсомоторної чутливості; Наші предки скористалися вільним нюхом і сформували кору головного мозку. Наша кора, якою ми думаємо, тобто все, що вкрите борознами та звивинами – це саме те місце, яке сталося в минулому зі статевого нюху. Саме тому всі наші вчинки, одяг, слова проходять через фільтр статевих відносин. Це наше і покарання, і перевага, що дозволяє писати гарні вірші, але з іншого боку, що не дозволяє дітям вчитися, замикаючи їхню поведінку на статеві процеси.

Досі не зовсім зрозуміло, що спричинило різке збільшення обсягів мозку в новій корі і коли це сталося, тому що за даними палеонтології навіть у дуже давніх людей мозок вже досить великий. Проте, схоже, що це була якась досить вибухова зміна.

Наші найбільш просунуті предки, які, очевидно, жили в умовах непростої конкуренції, змушені були навчитися думати. Ті з них, хто це робив краще, отримав шанс зайняти більш високе становище у співтоваристві і в результаті залишити більше потомства.

Ледачий роботяга мозок

Але за збільшення мозку довелося заплатити. Наш мозок – найенерговитратніший орган. За інтенсивної розумової діяльності він споживає до 25% усієї енергії, хоча його маса становить лише два відсотки від загальної маси тіла.

Навіть невелика перенапруга загрожувала організму справжньою енергетичною кризою. Дозволивши собі такий дорогий мозок, організм змушений був змінюватися, позбавлятися всього зайвого, щоб потім мозок ніколи не відчував перебоїв з харчуванням.

І думає тільки для того, щоб нічого не робити. Наш мозок влаштований таким чином, що він готовий напружитись на деякий час, а потім нічого не робити, знизивши енергетичні витрати. Виникло завдання - швидко її вирішити і відразу відключитися. Для цього і створювався мозок.

Наш мозок постійно перебуває у роботі. Неважливо спимо ми або дивимося телевізор, або граємо в комп'ютерні ігри, або на іспиті намагаємося вирішити якесь дуже складне завдання. Споживання енергії нашим мозком майже завжди. Він постійно потребує потоку глюкози та кисню, щоб цю глюкозу окислювати. І це дуже важливо для мозку, коли в нього постійно надходять глюкоза та кисень. Наприклад, є деякі види інших тварин, у мозок яких глюкоза не надходить і вони без неї та кисню можуть обійтися досить довгий час. А ми не маємо.

Ми знаємо, що якщо нам трохи не вистачає кисню або у нас трохи низький рівень глюкози, то ми можемо легко втратити свідомість. Тобто мозок при кисневому голодуванні чи нестачі глюкози майже вимикається. Людський мозок неспроможна голодувати на відміну інших органів, які можуть накопичувати і витрачати її за необхідності. А мозок витрачає енергію прямо під час її надходження. Будь-яке погіршення кровопостачання, зупинка серця та через п'ять-сім хвилин настають структурні зміни та мозок вмирає.

Всім відомо про сіру та білу речовину мозку. Сіра речовина мозку – це нервові клітини, нейрони. А біле – їхні відростки. У головному мозку сіра речовина – це кора. У спинному – його серцевина. Це те, що забезпечує процеси сприйняття, пам'яті, мислення та управління м'язами.

Мозок людини як головний відбивач об'єктивного світу, як живе дзеркало є складним органом, який пройшов тривалий шлях еволюції.

У людей мозок влаштований значно складніше, ніж у тварин та його маса теж більша. Так, якщо мозок мавпи досягає 400-500 грам, то у людини вага мозку (в середньому) – 1400 грам. Наскільки складні функції мозку в життєдіяльності організму, видно з того, що мозок, становлячи близько 2% ваги тіла, споживає понад 18% кисню, що надходить в організм. Чим вище рівень розвитку тварини, тим більшу частину ваги тіла становить її мозок. Так, у кита він займає за вагою всього 1/20 000 частина тіла, у слона -1/400, у мавпи-1/100, а у людини-1/46.

Особливе значення у житті організму має кора великих півкуль мозку. У людини сну складається в середньому з 14 – 15 мільярдів нейронів. Найважливішу роль виконують лобові частки кори. Чим більш розвинена тварина, тим більшу частину кори займають лобові частки. Наприклад, лобові частки кішки займають 3%, людину – 29%.

Порівнюючи будову та функції мозку тварин і людини, ми можемо поставити запитання: у чому полягає особливість мозку людини? Справді, людина немає такого гострого зору, як в орла, не вміємо бігати так швидко, як гепард, не вміємо літати, як птахи. Але крила, пильні очі, швидкі ноги – це дар природи. Людині ж дано інше, набагато більше - розум, який заповнює все, недодане природою. Немає особливої ​​пильності, але є бінокль, телескоп і мікроскоп, немає особливої ​​жвавості – є поїзди, автомашини, мотоцикли та велосипеди, немає крил – є дельтаплани, літаки та космічні кораблі. Розум людини компенсують відсутність будь-яких природних пристроїв, що є в інших тварин.

Одним із найцікавіших показників нервової системи людини є її мінливість. Зокрема це характерно для головного мозку людини. (Савельєв З. У., 1998). Встановлено, що головний мозок відрізняється у чоловіків та жінок, у різних рас, етнічних груп і навіть усередині однієї сім'ї. Ці відмінності дуже стійкі. Вони зберігаються з покоління до покоління і можуть бути важливою характеристикою мінливості мозку людини як біологічного виду.

Так, вага мозку у новонароджених становить приблизно 350 г, у дорослих чоловіків він дорівнює в середньому 1400 г, а у жінок - близько 1250 г. Мозок досягає максимальної ваги між 18 та 30 роками. Питома вага мозку з судинами в людини дорівнює приблизно 1,03.

Дослідники зібрали колосальний матеріал і виявили, що кожна раса має «свою» середню вагу мозку: європеоїдна – 1375 г, монголоїдна – 1332 г, негроїдна – 1244 г, австралоїдна – 1185 г. Ось середні показники ваги мозку характерні для Європи: чоловіки – 1375 г, жінки – 1245 г.

Маса мозку людини непостійна. Вона змінюється протягом усього життя. Відразу після народження головний мозок поступово зростає. У європейців початку XX століття він досягав максимальної маси до 20-річного віку. Між 20 та 50 роками маса мозку залишається постійною, а після 50 років починає поступово зменшуватися. Це зменшення становить приблизно 30 г на кожні наступні десять років життя. Між 50 і 85-90 роками може становити 100-200 р. Нині найбільша маса мозку більшість європейських народів і американців відзначається у 25 років. Цікаво, що у японців мозок досягає максимальної маси в період від 30 до 40 років.

Хоча обсяг і вага мозку мають деяке значення у психічному житті індивіда, але особливо важлива структура мозку. Тому за вагою мозку ще не можна, наприклад, судити про розумові здібності людини. Мозок деяких видатних людей був значно більшим за середню вагу. Так, у І. С. Тургенєва він важив 2120 г, у І. П. Павлова-1653 р), а в інших талановитих людей – менше (наприклад, у письменника Анатоля Франса мозок важив лише 1170 г).

Мозок людини пройшов тривалий шлях еволюції й у час психологічної науці відомо:

про Людський організм є найвищою мірою самоорганізується і саморегулюючою системою.

Мозок людини за свою еволюцію набув особливої ​​властивості - найвищої пластичності, яка полягає в умінні пристосовуватися до найрізноманітніших і несподіваних умов існування,

про Завдяки високій пластичності мозку справжні можливості психіки, її резерви в саморегуляції організму та станів тіла величезні.

Починаючи від найпростішої фізіологічної дратівливості, властивої рослинному світу, через здатність реагувати на зовнішні діїчерез необхідність у чомусь, у мозку людини за допомогою біохімічної та генетичної пам'яті закріплювалися численні зв'язки. При еволюції людини ці зв'язки зумовили специфічне психічне відбиток, у результаті головний мозок спочатку отримав властивість суб'єктивного переживання,а потім та суб'єктивного пізнання зовнішніх впливів.

За оцінкою вчених, ранніми переживаннями були негативні переживанняорганізму, що сигналізують про ознаки можливої ​​загибелі організму, та позитивні,коли йшли сигнали щодо усунення небезпеки. Так виникла така форма відображення, яка сьогодні називається емоціями. Емоція це не тільки фізіологічне відбиток (воно у ній обов'язково є), це вже переживання, тобто. суб'єктивне явище.

У подальшому розвитку з ускладненням даного специфічного відображення в мозку людини з'являється здатність відбивати світ у вигляді найпростіших образів, які могли сигналізувати про життєво важливі явища зовнішнього світу. Так, на думку вчених, і виникли відчуття як "суб'єктивний образ об'єктивного світу".

Пізніше в людини поряд із безпосереднім відображенням з'являється опосередковане відображення за допомогою понять, що виражаються словами. Утворюється і оперування цими поняттями, тобто. з'являється мислення.

Умовно порівнюючи мозок людини із досягнення науково-технічного прогресу можна назвати таке. За сучасними даними мозок людини є складною, самонавчальною обчислювальною і одночасно аналоговою машиною, що працює за генотипно обумовленими і прижиттєво придбаними програмами, які безперервно вдосконалюються під впливом інформації, що надходить. Переробляючи цю інформацію, мозок людини приймає рішення, дає команди та контролює їх виконання.

Таким чином, еволюція призвела до виникнення суто людської форми відображення об'єктивного світу – людського сприйняття, почуттів, пам'яті та волі. Вчені давно прагнуть розгадки мозку - цього дивовижного феномена природи. У Росії її існує Інститут мозку, який було створено В.М.Бехтеревим. У 90-ті гг. були оголошені десятиліттям мозку. Однак діяльність головного мозку ще недостатньо вивчена і в даний час продовжуються великі дослідження щодо його вивчення.

Нервова система живих істот у процесі еволюції пройшла довгий шлях від сукупності примітивних рефлексів у найпростіших до складної системи аналізу та синтезу інформації у вищих приматів. Що послужило стимулом до формування та розвитку мозку? Стаття відомого вченого та популяризатора науки Сергія В'ячеславовича Савельєва, автора книги «Походження мозку» (М.: ВЕДІ, 2005), представляє оригінальну теорію адаптивної еволюції нервової системи.

Рослини чудово обходяться без нервової системи, проте їх клітини можуть сприймати хімічні, фізичні та електромагнітні впливи.

Боротьба існування між рослинами в дощовому лісі Цейлона нагадує боротьбу тваринному світі. комахоїдні рослини швидко закривають листя при дотику.

Від реакції однієї клітини до багатоклітинного організму.

Найбільш давня властивість нервової системи найпростіших живих істот – здатність поширювати інформацію про контакт із зовнішнім світом з однієї клітини на весь багатоклітинний організм. Найперша перевага, яку дала така примітивна нервова система багатоклітинним, - це здатність реагувати на зовнішні дії так само швидко, як найпростіші одноклітинні.

У тварин, прикріплених до конкретного місця, - актиній, асцидій, малорухливих молюсків з великими раковинами, коралових поліпів - нескладні завдання: фільтрація води і захоплення їжі, що пропливає повз. Тому нервова система таких малорухливих організмів, порівняно з нервовою системою активних тварин, влаштована дуже просто. Вона в основному являє собою невелике навкологлоткове нервове кільце із сукупністю примітивних рефлексів. Тим не менш, навіть ці прості реакції протікають на кілька порядків швидше, ніж у рослин такого ж розміру.

Вільноживучим кишковопорожнинним потрібна більша нервова мережа. У них нервова система розподілена майже рівномірно по всьому тілу або з більшої його частини (виняток становлять скупчення нервових клітин у підошви та в області навкологлоточного кільця), що забезпечує швидку погоджену реакцію всього організму на подразники. Поступово розподілену нервову систему зазвичай називають дифузною. На різні дії організм таких живих істот відгукується швидко, але неспецифічно, тобто однотипно. Наприклад, прісноводна гідра за будь-яких інформаційних сигналів - якщо хитнути лист, на якому вона сидить, доторкнутися до неї щетинкою або викликати рух води - реагує однаковим чином - стискається.

Поява органів чуття

Наступним етапом в еволюції нервової системи стала поява нової якості – запобіжної адаптації. Це означає, що організм встигає підготуватися до зміни довкілля заздалегідь, безпосередньо контакту з подразником. Для цього природа створила величезну різноманітність органів чуття, в основі роботи яких лежать три механізми: хімічна, фізична та електромагнітна чутливість мембрани нервової клітини. Хімічна чутливість може бути представлена ​​нюхом та контактним органом смаку, осморецептором та рецептором парціального тиску кисню. Механочутливість реалізується у вигляді слуху, органів бічної лінії, граві- та терморецепторів. Чутливість до електромагнітних хвиль обумовлена ​​наявністю рецепторів зовнішніх або власних полів, світлочутливістю або здатністю сприймати магнітні поля планети та Сонця.

Три типи чутливості у процесі еволюції виділилися у спеціалізовані органи, що неминуче призвело до підвищення спрямованої чутливості організму. Рецептори сенсорних органів набули можливості приймати різні на відстані. У процесі еволюції органи чуття виникли у нематод, вільноживучих плоских і круглих черв'яків, кишковопорожнинних, голкошкірих та багатьох інших примітивних живих істот. Така організація нервової системи у стабільному середовищі цілком виправдовує себе. Тварина недорогою ціною набуває високих адаптивних можливостей. Доки немає зовнішнього стимулу, нервова система «мовчить» і вимагає особливих витрат за свій зміст. Щойно ситуація змінюється, вона сприймає це органами почуттів та відповідає спрямованою активністю ефекторних органів.

Однак з появою запобіжної адаптації у живих істот виникли проблеми.

По-перше, одні сигнали йдуть від фоторецепторів, інші – від хеморецепторів, а треті – від рецепторів електромагнітного випромінювання. Як порівняти таку різнорідну інформацію? Зіставити сигнали можна тільки за умови їх однотипного кодування. Універсальним кодом, що дозволяє порівнювати сигнали різних органів чуття, став електрохімічний імпульс, що генерується в нейронах у відповідь на інформацію, отриману від органів чуття. Він передається з однієї нервової клітини на іншу за рахунок зміни концентрації заряджених іонів з обох боків клітинної мембрани. Такий електричний імпульс характеризується частотою, амплітудою, модуляцією, інтенсивністю, повторюваністю та деякими іншими параметрами.

По-друге, сигнали від різних органів чуття повинні прийти в те саме місце, де їх можна було б порівняти, і не просто порівняти, а вибрати найважливіший на даний момент, який і стане спонуканням до дії. Це реально здійснити в такому пристрої, де були представлені всі органи почуттів. Для порівняння сигналів від різних органів чуття потрібне скупчення тіл нервових клітин, які відповідають за сприйняття інформації різної природи. Такі скупчення, звані гангліями чи вузлами, виникають у безхребетних. У вузлах розташовуються чутливі нейрони або їх відростки, що дозволяє клітинам отримувати інформацію з периферії тіла.

Але вся ця система марна без управління відповідями на сигнали - скороченням або розслабленням м'язів, викидом різних фізіологічно активних речовин. Для здійснення функцій як порівняння, так і управління у хордових виникає головний та спинний мозок.

Формування пам'яті

У мінливих умовах довкілля простих адаптивних реакцій стає недостатньо. На щастя, зміни середовища підпорядковуються деяким фізичним та планетарним законам. Зробити адекватний поведінковий вибір у нестабільному середовищі можна лише порівнюючи різнорідні сигнали з аналогічними сигналами, отриманими раніше. Тому в процесі еволюції організм змушений був придбати ще одну важливу перевагу – можливість порівнювати інформацію в часі, ніби оцінюючи досвід попереднього життя. Це нове властивість нервової системи називається пам'яттю.

У нервовій системі обсяг пам'яті визначається кількістю нервових клітин, що залучаються до процесу запам'ятовування. Щоб запам'ятати хоч щось, треба мати приблизно 100 компактних нейронів, як у актиній. Їхня пам'ять короткострокова, нестійка, але ефективна. Якщо зібрати актиній і помістити в акваріум, всі вони відтворять попередню природну орієнтацію. Отже, кожна особина пам'ятає, у якому напрямі «дивився» її ротовий отвір. Ще складнішу поведінку актинії виявили в експериментах з навчання. До тих самих щупальців цих тварин протягом 5 днів прикладали неїстівні шматочки паперу. Актинії спочатку відправляли в рот, проковтували, та був викидали. Через 5 днів вони перестали їсти папір. Потім дослідники почали прикладати папірці до інших щупальців. Цього разу тварини припинили поїдання паперу значно швидше, ніж у першому експерименті. Ця навичка зберігалася протягом 6-10 днів. Такі експерименти демонструють принципові відмінності тварин, які мають пам'ять, від істот, які мають ніяких способів зберігати інформацію про світ і себе.

Нервова система після виходу хребетних на сушу

Роль нервової системи стала особливо значною після виходу хребетних на сушу, який поставив колишніх первинних у украй складну ситуацію. Вони чудово пристосувалися до життя у водному середовищі, яке мало схоже на наземні умови проживання. Нові вимоги до нервової системи були продиктовані низьким опором середовища, збільшенням маси тіла, гарним поширенням повітря запахів, звуків і електромагнітних хвиль. Гравітаційне поле пред'явило вкрай жорсткі вимоги до системи соматичних рецепторів та вестибулярного апарату. Якщо у воді впасти неможливо, то поверхні Землі такі неприємності неминучі. На межі середовищ сформувалися специфічні органи руху – кінцівки. Різке підвищення вимог до координації роботи мускулатури тіла призвело до інтенсивного розвитку сенсомоторних відділів спинного, заднього та довгастого мозку. Дихання у повітряному середовищі, зміна водно-сольового балансу та механізмів травлення зумовили розвиток специфічних систем контролю цих функцій з боку мозку та периферичної нервової системи.

Важливі еволюційні події, що призводять до зміни довкілля, вимагали якісних змін у нервовій системі.

Першою подією такого роду стало виникнення хордових, другим – вихід хребетних на сушу, третім – формування асоціативного відділу мозку в архаїчних рептилій.

Виникнення мозку птахів не можна вважати важливим еволюційним подією, тоді як ссавці пішли набагато далі рептилій — асоціативний центр став виконувати функції контролю над роботою сенсорних систем. Здатність до прогнозування подій стала для ссавців інструментом домінування планети.

А-Г- Походження хордових в мулистих мілководдях;
Д-Ж- Вихід на сушу;
З,П- виникнення амфібій та рептилій;
К-Н- Формування птахів у водному середовищі;
П-Т- Поява ссавців у кронах дерев;
І-О- Спеціалізація рептилій.

В результаті зросла загальна маса периферичної нервової системи за рахунок іннервації кінцівок, формування шкірної чутливості та черепно-мозкових нервів, контролю над органами дихання. Крім того, відбулося збільшення розмірів керуючого центру периферичної нервової системи – спинного мозку. Сформувалися спеціальні спинномозкові потовщення та спеціалізовані центри управління рухами кінцівок у задньому та довгастому мозку. У великих динозаврів ці відділи перевищили розмір головного мозку. Важливо й те, що сам головний мозок став більшим. Збільшення його розмірів викликано підвищенням представництва у мозку аналізаторів різних типів. Насамперед це моторні, сенсомоторні, зорові, слухові та нюхові центри. Подальший розвиток набула система зв'язків між різними відділами мозку. Вони стали основою для швидкого порівняння інформації, що надходить від спеціалізованих аналізаторів. Паралельно розвинулися внутрішній рецепторний комплекс та складний ефекторний апарат. Для синхронізації управління рецепторами, складною мускулатурою і внутрішніми органами у процесі еволюції з урахуванням різних відділів мозку з'явилися асоціативні центри.

Енергоспоживання нервової системи

Наскільки нові функції нервової системи окупають витрати на її утримання? Це питання є ключовим у розумінні напряму та основних шляхів еволюції нервової системи тварин.

Власники розвиненої нервової системи зіштовхнулися із несподіваними проблемами. Пам'ять обтяжлива. Її треба підтримувати, марно витрачаючи енергію організму. Адже спогад про якесь явище може стати в нагоді, а може й ніколи не знадобитися. Отже, розкішна можливість щось запам'ятовувати - доля енергетично заможних тварин, тварин із високою швидкістю обміну речовин. Але обійтися без неї не можна - вона потрібна істотам, які активно адаптуються до зовнішнього середовища, що використовують різні органи почуттів, що зберігають і порівнюють свій індивідуальний досвід.

З появою теплокровності вимоги до нервової системи зросли. Будь-яке підвищення швидкості метаболізму призводить до збільшення споживання їжі. Вдосконалення прийомів добування їжі та постійна економія енергії – актуальні умови виживання тварини з високим метаболізмом. Для цього необхідний мозок із розвиненою пам'яттю та механізмами прийняття швидких та адекватних рішень. Активне життя має регулюватися ще активнішим мозком. Мозку необхідно працювати з помітним випередженням ситуації, що складається, від цього залежать виживання і успіх конкретного виду. Проте підвищення метаболізму мозку призводить до неминучого зростання витрат за його зміст. Виникає замкнене коло: теплокровність вимагає посилення обміну речовин, яке може бути досягнуто лише підвищенням метаболізму нервової системи.

Енергетичні витрати великого мозку

За усталеною, але незрозумілою традицією під розмірами нервової системи розуміють масу мозку. Відносну масу обчислюють як відношення маси мозку до маси тіла. "Рекордсменом" за величиною відносного розміру мозку вважається колібрі. Маса її мозку становить 1/12 маси тіла. Для птахів та ссавців це рекордне відношення. Воно вище тільки у новонародженої дитини – 1/7. Відносні маси головних гангліїв бджоли та мурахи можна порівняти з відносними розмірами головного мозку оленя, а одиночної оси - з мозком лева... Отже, незважаючи на загальноприйняті уявлення, відносну масу мозку не можна розглядати як параметр для оцінки інтелекту.

Виходячи з величини відносної маси мозку зазвичай визначають і частку енергетичних витрат, що припадає на «зміст» нервової системи. Однак у цих підрахунках, як правило, залишається неврахованою маса спинного мозку, периферичних гангліїв та нервів. Проте всі ці компоненти нервової системи, так само як і мозок, споживають кисень та поживні речовини, а загальна маса спинного мозку та периферичної нервової системи може суттєво перевищувати масу головного мозку.

Насправді загальний баланс енергетичних витрат за функціонування нервової системи складається з кількох компонентів. Крім мозку постійно в активному стані знаходяться всі периферичні відділи, що підтримують тонус мускулатури, що контролюють дихання, травлення, кровообіг і т. д. Відомо, що відключення однієї з таких систем призведе до загибелі організму. Навантаження ці системи постійна, але нестабільна. Вона змінюється залежно від поведінки. Якщо тварина споживає їжу, то активність травної системи зростає та витрати на утримання її нервового апарату збільшуються. Аналогічно підвищуються витрати на іннервацію та контроль за скелетною мускулатурою, якщо тварина перебуває в активному русі. Однак різниця між цими енерговитратами в активному стані та стані спокою відносно невелика, оскільки тонус мускулатури чи активність кишечника організм змушений постійно підтримувати.

Головний мозок також активний завжди. Пам'ять – це динамічний процес передачі нервового імпульсу з одного нейрона на інший. Підтримка як успадкованої (видоспецифічної), і набутої пам'яті вкрай энергозатратно. Багато органів почуттів працюють, постійно сприймаючи і обробляючи сигнал з зовнішнього середовища, що теж вимагає безперервного витрачання енергії. Проте споживання енергії мозком у різних фізіологічних станах сильно відрізняється. Якщо тварина перебуває у стані відносного спокою, мозок споживає мінімальну кількість енергії. Якщо тварина активно видобуває їжу, намагається уникнути небезпеки чи перебуває у шлюбному періоді, витрати організму зміст мозку значно збільшуються. Сита і сонна левиця витрачає на вміст свого мозку набагато менше енергії, ніж голодна під час полювання.

Енергетичні витрати на утримання мозку різняться у тварин різних систематичних груп. Наприклад, для первинних хребетних характерні відносно невеликий головний, але високорозвинений спинний мозок і периферична нервова система. У ланцетника головний мозок не має чіткої анатомічної межі зі спинним та ідентифікується тільки за топологічним становищем та цитологічними особливостями будови. У круглоротих, хрящових, лопастеперих, променеперих і кісткових риб головний мозок невеликий у порівнянні з розмірами тіла. У цих групах домінує периферична нервова система. Вона, як правило, у кілька десятків, а то й у сотні разів більше головного та спинного мозку разом узятого. Наприклад, у акул-няньок при масі тіла близько 20 кг головний мозок важить лише 7-9 г, спинний - 15-20 г, а вся периферична нервова система, за приблизними оцінками, важить близько 250-300 г, тобто головний мозок становить лише 3% маси всієї нервової системи. Такий маленький мозок навіть у стані високої активності не може суттєво вплинути на зміну енергетичних витрат. Отже, більшу частину енергетичних витрат у нервовій системі риб можна вважати постійною. За рахунок цього вони легко здійснюють мобілізацію організму при зміні форм поведінки. Уникнення небезпеки, пошук видобутку, переслідування конкуруючої особи відбуваються в будь-якій послідовності, припиняються і починаються майже миттєво. Хто утримував акваріумних рибок, багато разів спостерігали подібні ситуації.

Для теплокровних тварин із відносно великим мозком стає критичним розмір тіла. Маленьким «головастикам» без висококалорійного інтенсивного харчування просто не обійтися. Дрібні комахоїдні з'їдають щодня величезну кількість їжі. Бурозубка щодня споживає у кілька разів більше за масу власного тіла. Рясно харчування дрібних кажанів та птахів. У більших ссавців ставлення маса нервової системи/маса тілазбільшується на користь тіла. Разом із зменшенням відносних розмірів нервової системи знижується і частка споживаної нею енергії. У зв'язку з цим велика тварина з великим мозком перебуває у більш сприятливому становищі, ніж невелика.

Енергетичні витрати на утримання мозку стають обмежувачем інтелектуальної активності для дрібних тварин. Припустимо, що американський крот-скалепус вирішив користуватися своїм мозком так само інтенсивно, як примати чи людина. Кріт масою 40 г має головний мозок масою 1,2 г і спинний мозок разом з периферичною нервовою системою масою приблизно 0,9 г. Маючи нервову систему, що становить понад 5% маси тіла, кріт витрачає на її вміст близько 30% усіх енергетичних ресурсів організму. . Якщо він задумається над вирішенням шахового завдання, то витрати його організму на утримання мозку подвоїться, а сам кріт миттєво загине з голоду. Мозку кроту потрібно стільки енергії, що виникнуть нерозв'язні проблеми зі швидкістю отримання кисню та доставки компонентів обміну речовин із шлунково-кишкового тракту. З'являться проблеми з виведенням продуктів метаболізму нервової системи та її охолодженням. Таким чином, дрібним комахоїдним та гризунам не судилося стати шахістами.

Однак навіть за невеликого збільшення розмірів тіла виникає якісно інша ситуація. Сірий щур ( Rattus rattus) має нервову систему масою приблизно 1/60 маси тіла. Цього вже достатньо, щоб досягти помітного зниження відносного метаболізму мозку. І активність, заснована на досвіді тварини, для щурів непорівнянна з такою у кротів і землерийок.

У багатьох невеликих тварин із відносно великим мозком виник механізм захисту організму від перевитрати енергії – торпідність, або впадання на кілька годин у сплячку. Дрібні теплокровні взагалі можуть перебувати у двох основних станах: гіперактивності та сплячки. Проміжний стан малоефективний, оскільки енергетичні витрати не компенсуються їжею, що надходить.

У фізіології великих ссавців торпідність неможлива, але все ж таки великі теплокровні теж різними способами захищають себе від підвищених енерговитрат. Усім відома тривала зимова псевдоспячка ведмедів, яка дозволяє не витрачати енергію під час несприятливого для видобутку їжі періоду. Щодо економії енергії ще більш показовою є поведінка котячих. Леви, гепарди, тигри та пантери, як і домашні кішки, основний час проводять у напівдрімоті. Підраховано, що котячі близько 80% часу неактивні, а 20% витрачають на пошук видобутку, розмноження та з'ясування внутрішньовидових відносин. Але у них навіть сплячка не означає майже повної зупинки життєвих процесів, як у невеликих ссавців, амфібій та рептилій.

Харчування та розвиток мозку

З яких джерел бере енергію мозок? Якщо у будь-якого ссавця споживання кисню мозком стає менше 12,6 л/(кг·год), настає смерть. При зменшенні кількості кисню мозок може зберігати активність лише 10-15 секунд. Через 30-120 секунд згасає рефлекторна активність, а через 5-6 хвилин починається загибель нейронів. Власних кисневих ресурсів у нервової тканини практично немає. Проте зовсім неправильно пов'язувати інтенсивність метаболізму мозку із загальним споживанням кисню. Енергетичні витрати на вміст мозку складаються ще й із споживання поживних речовин, а також із підтримки водно-сольового балансу. Мозок отримує кисень, воду з розчинами електролітів та поживні речовини за законами, які не мають жодного відношення до інтенсивності метаболізму інших органів. Наприклад, у землерийки споживання кисню становить 7,4 л/год, а слона - 0,07 л/год на 1 кг маси тіла. Проте величини споживання всіх «витратних» компонентів не можуть бути нижчими за певний рівень, який забезпечує функціональну активність мозку.

Стабільне постачання мозку киснем досягається у різних систематичних групах з допомогою відмінностей у швидкості кровотоку. Швидкість кровотоку залежить від частоти серцевих скорочень, інтенсивності дихання та споживання їжі. Чим менша щільність капілярної мережі в тканині, тим вищою має бути швидкість кровотоку для забезпечення необхідного припливу в мозок кисню та поживних речовин.

Відомості про щільність розташування капілярів у мозку тварин досить уривчасті. Однак існує загальна тенденція, що показує еволюційний розвиток капілярної мережі мозку. У ставкової жаби довжина капілярів в 1 мм 3 тканини мозку становить близько 160 мм, у цільноголової хрящової риби - 500, у акули - 100, у амбістоми - 90, у черепахи - 350, у гаттерії - 100, у землерийки - - 700, у щура - 900, у кролика - 600, у кішки та собаки - 900, а у приматів - 1200-1400 мм. Треба врахувати, що з скороченні довжини капілярів площа їхнього контакту з нервової тканиною зменшується в геометричній прогресії. Тому для збереження мінімального рівня постачання мозку киснем у землерийки серце повинне скорочуватися в кілька разів частіше, ніж у приматів: у людини ця величина становить 60-90, а у землерийки – 130-450 ударів за хвилину. Крім того, маса серця людини становить близько 4%, а землерийки – 14% маси всього тіла.

Отже, нервова система ссавців у процесі еволюції стала вкрай дорогим органом. Витрати зміст мозку ссавців зіставні з витратами зміст мозку людини, куди у неактивному стані припадає приблизно 8-10% енергетичних витрат всього організму. Мозок людини становить 1/50 маси тіла, а споживає 1/10 усієї енергії - у 5 разів більше, ніж будь-який інший орган. Додамо витрати на вміст спинного мозку та периферичної системи та отримаємо: близько 15% енергії всього організму в стані спокою витрачається на підтримку активності нервової системи. За найскромнішими оцінками, енергетичні витрати лише головного мозку в активному стані зростають більш ніж у 2 рази. Враховуючи загальне підвищення активності периферичної нервової системи та спинного мозку, можна впевнено сказати, що близько 25-30% усіх витрат організму людини припадає на утримання нервової системи.

Чим менше часу мозок працює в інтенсивному режимі, тим дешевше обходиться його зміст. Мінімізація часу інтенсивного режиму роботи нервової системи переважно досягається великим набором вроджених, інстинктивних програм поведінки, які у мозку як набір інструкцій. З метою економії енергії мозок майже використовується прийняття рішень, заснованих на особистому досвіді тварини. Парадокс полягає в тому, що в результаті еволюції був створений інструмент для реалізації найскладніших механізмів поведінки, але енергоємність такої супердосконалої нервової системи виявилася дуже високою, тому всі ссавці інстинктивно намагаються використовувати мозок якомога рідше.

Доктор Спі Ю *

Головний мозок людини, будова головного мозку, унікальні факти та відкриття.

Теорія еволюції стверджує, що життя виникло з матерії внаслідок чистої випадковості. Відповідно до цієї теорії життя почалося з одноклітинних організмів через мутації, природний відбір і постійну пристосованість організмів до навколишніх умов. Цей процес відбувався протягом мільярдів років, після чого матерія нарешті еволюціонувала у різноманітні форми життя, які існують у сучасному світі.

Еволюція настільки міцно засіла у наших умах, що ми рідко піддаємо її сумніву. Інакше кажучи, якщо ви сумніваєтеся в еволюції – готуйтеся до нападу! У випуску журналу Wall Street за 16 серпня 1999 р. йдеться: "Один китайський палеонтолог подорожує світом з лекціями про те, що нещодавно виявлені в його країні скам'янілості свідчать проти дарвіністської теорії еволюції. Причина полягає в тому, що основні групи тварин з'являються раптово в гірських породах. Протягом відносно короткого часу, а не поступово еволюціонують від одного спільного предка, як стверджує теорія Дарвіна.Коли американські вчені засмучуються через ці дані, він говорить з усмішкою: "У Китаї ми можемо критикувати Дарвіна, але не уряд. А в Америці все навпаки: ви можете критикувати уряд, але не Дарвіна".

Збудливий нейрон із мікроскопічним відростком. Усередині кожного ядра нейрона знаходиться нитка молекули ДНК, розмір якої в розмотаному вигляді становить приблизно один метр у довжину. Вона знаходиться всередині клітини розміром 1/30 000 шпилькової головки!

Маючи сучасні досягнення в галузі неврології, нейрохірурги мають чудову можливість дослідити найбільш складну структуру у всьому всесвіті, яка важить всього 3 фунтів. Основний елемент складається з нейронів та гліальних клітин. У мозку людини розташовано щонайменше від 10 до 30 мільярдів нейронів і в десять разів більше гліальних клітин. Кожен нейрон має від 10000 до 50000 сполук з іншими нейронами. За допомогою електронного мікроскопа можна відрізнити збуджуючий нейрон від гальмівного нейрона. Він відрізняється присутністю мікроскопічних відростків, що від нього відходять.

Головний мозок людиниє настільки ніжною і тендітною структурою, що його природний шолом, череп є вбудованим пристроєм, який його захищає. Череп має надзвичайно складну геометричну будову. Він складається з восьми листкових кісток нерівномірної товщини, які з'єднані нерухомо швами. Основа черепа представлена ​​товстою пластиною нерівномірної щільності з отворами для черепних нервів, кровоносних судин та спинного мозку. Усі нейрохірурги повинні бути дуже добре знайомі з анатомічною будовою основи черепа головного мозку. Тут створюються крихітні канальці, якими можна досягти найглибше розташованих структур мозку, не пошкодивши у своїй сам мозок людини. Усередині оточений герметичною спинномозковою рідиною (СМР). Ця рідина забезпечує живлення мозку людини та виконує функцію активної підвісної системи для головного мозку. Якщо з яких-небудь причин у вас не вистачає СМР, у вас болітиме голова через нестачу пом'якшуючого ефекту.

Головний мозокє структурою, де також можна спостерігати дію правила не складності, що знижується. Якщо всі компоненти не працюють разом в унісон, система просто не функціонуватиме. Це те саме, як якщо у вашому автомобілі відсутні підвіски або ходова частина або панель кузова. Жодна кількість мутацій або природний відбір не створять у вашому автомобілі повітряні подушки, протиковзні пристрої або інші активні засоби безпеки.

Ми сприймаємо зовнішній світ через органи чуття. Відомо п'ять органів чуття? Це - нюх, смак, слух, дотик і зір.

Головний мозок та нюх

Наш здатний розрізняти більше 10 000 різних запахів за допомогою крихітних нюхових нервів, які розташовані на верхній поверхні усередині нашого носа. Біологія системи нюху дуже добре описана у статті під назвою «Молекулярна логіка нюху», написана Річардом Акселом, надрукована у випуску журналу Scientific American за жовтень 1995 рік. Система нюху тісно пов'язана з лімбічною системою, яка контролює наші емоції та пам'ять. Як зауважив один видатний фахівець у галузі акушерства, який також захоплюється виноробством: "Сильний аромат розбурхує душу і живить розум".

Головний мозок та слух

Людське вухо з його 24 000 "волосковими клітинами", які перетворюють вібрації на електричні імпульси, має здатність чути звуки надзвичайно низького рівня акустичної енергії. За сприятливих зовнішніх умов нормальна людина може практично приймати звукові хвилі силою 10 -16 ват.

Внутрішня частина вуха має дуже витончену анатомічну будову. Слуховий нерв, як видно з фотографії магнітно-резонансного зображення (МРІ) нижче, входить у внутрішній слуховий канал, в якому розташовані 3 інших нерви, 2 вестибулярні нерви та 1 лицьовий нерв. Всі ці нерви щільно розташовані один біля одного і, незважаючи на це, між ними ніколи не відбувається витікання струму чи перехресної деформації!

Зір та головний мозок

Людське око та головний мозок

Коли ми розмірковуємо про людське око, дивуємося ще більше. Він просто зачаровує нас! Крім того, що він має автоматичне фокусування, автоматичну витримку, чудову реакцію в умовах слабкого освітлення, чудове сприйняття глибини, яким навіть близько не має жоден фотоапарат, око здатне вловлювати і визначати: 1.швидкість дії або його швидкість; 2.напрямок дії; 3. розташування об'єкта (або предмета); 4.структуру об'єкта; 5. призначення об'єкта і 6. колір об'єкта.

Зоровий провідний шлях унікальний у людській анатомії з його перехресними сполуками. Останнім часом дуже багато досліджень присвячено вивченню зорової кори. Функціональне МРІ забезпечує найкращий спосіб дослідження реакцій головного мозку, які викликані зором у неанестезованого випробуваного. Первинна зорова кора, V1 "загоряється", коли випробуваний бачить об'єкт.

Найбільш дивовижне відкриття полягає в наступному: якщо випробуваного просять побудувати розумовий образ без будь-якого зовнішнього зорового подразника, то "загоряється" інша область зорової кори головного мозку - V5. Якщо цей певний розумовий образ має якісь особливі якості, то запускається відповідна реакція тіла Чи можуть еволюціоністи пояснити такий чудовий процес?!

Функціональне МРІ також використовується для того, щоб позначати область мови та область, яка відповідає за пам'ять. Це дуже важливо при хірургічних операціях, які проводяться на пацієнтах з епілепсією. Нас постійно дивують великі області різних частин головного мозку, які залучені до функцій мови та пам'яті. Гіпокамп та мезіальні скроневі структури є високоорганізованими структурами, які виконують свої відповідні функції короткої та тривалої пам'яті. Виконуючи ретельно розроблені та складні тести, такі як Wada тест (названий на честь невролога Доктора Джун Вада), та останнім часом загальноприйняту топографію мозкуза допомогою функціонального МРІ, нейрохірург може проводити резекцію (тобто видалення) епілептогенної області головного мозку, зберігаючи та оберігаючи в той же час функції мови або пам'яті.

Області головного мозку, що "загоряються" під час роботи пам'яті.

Пейсмекерний (ритмоводій) головного мозку

Коли ми ходимо, граємо в теніс, гольф або виконуємо складну мікрохірургічну операцію, ми ніколи не замислюємося над тим, чому наші рухи такі гладкі та добре скоординовані. У той час як у людей, які страждають на захворювання Паркінсона (ЗП) ці рухи навпаки не плавні і зовсім не координовані. Їхні рухи нагадують автомобіль, в який вбудована гіперактивна та безладна гальмівна система. Чому це відбувається? Вся проблема полягає в тому, що уражені їхні підкіркові вузли. Нещодавно проведене дослідження (Nature 400:677-682) вказує на те, що в нашому організмі є крихітна структура, яка називається Гіпоталамічне ядро ​​(ГТЯ), яке знаходиться в черепній коробці головного мозку, воно є ритмоводителем нашого тіла. Множинні петлі зворотного зв'язку та з'єднання між ГТЯ та іншими ядрами всередині всіх підкіркових вузлів відповідають за виняткову плавність рухів нашого тіла.

Гіпоталамічне ядро ​​в головному мозку

Захворювання Паркінсона (ЗП) є прогресивним захворюванням, на яке хворіють мільйони людей у ​​всьому світі. 10% пацієнтів, зрештою, не піддаються медичному лікуванню. Оперативне втручання при ЗП є надією багатьом таких пацієнтів. За допомогою стимулювання ГТЯ через імплантований електрод можна буде зняти більшість симптомів цього захворювання. Ця процедура, яка називається "глибока стимуляція головного мозку", набуває останнім часом широкого визнання. Проте якщо довжина електрода хоча б на один міліметр не вірна, пацієнт може бачити спалахи світла або в нього може розвинутися гостра депресія! У цьому полягає неймовірна складність підкіркових вузлів мозку. Головний нейрохірург одного медичного закладу якось сказав: "Якщо ви хочете завалити когось по нейроанатомії, запитайте його, як пов'язані між собою таламічне ядро, бліда куля та плутамен".

Можна й надалі продовжувати говорити про всі таємні скарби нашого. Тепер уже встановлені галузі, які відповідають за наші емоції, духовні переживання, пізнавальну здатність та постановку кількох завдань. Нещодавно проведене дослідження навіть підтвердило реальність клінічної смерті (КС), припускаючи можливість життя після смерті і душі (це нове дослідження планується до публікації в авторитетному медичному журналі Resuscitation у 2001 році).

Насправді, чим більше ви заглиблюєтеся в неврологічне дослідження, тим більше дивовижних відкриттів чекають на нас. Тільки завдяки нашим сучасним комп'ютерним технологіям ми маємо можливість подивитися на дива нашого вбудованого центрального блоку обробки даних, тобто на . Можна просто захоплюватися порядком, винахідливістю і складністю, але в той же час простотою найвищого порядку. Свідоцтво дизайну оточує нас усюди.

У медицині більшість нашої практики ґрунтується на ймовірності. У статистичному аналізі ми використовуємо p значення, довірчий інтервал і нульову гіпотезу. Яка ймовірність того, що життя утворилося з атомів у молекули, і з амінокислот у білки (не варто забувати про те, що всі білки, які беруть участь у освіті життя, є лівосторонніми за своїм розташуванням). Який шанс того, що з ДНК утворилася інформаційна РНК, а з окремої клітини утворилося статеве розмноження, а після цього і весь людський організм з усіма його чудесами, такими як і його почуття, серце та кровообіг, утворення тромбу, імунна система, ранозагоювальні та лікувальні механізми? А тепер подумайте про те, що всі ці системи та механізми мали б працювати всупереч другому закону термодинаміки, правилу незнижуваної складності, і всупереч тому факту, що більшість мутацій є шкідливими.

Еволюціоністи стверджують: за мільярди років час здатний творити чудеса, навіть якщо ймовірність цього нескінченно мала. Головний мозоклюдину надто складну, щоб її можна було повністю осягнути. Посадіть мавпу перед піаніно. Дайте їй багато часу (хоч вічність). Яка ймовірність того, що наш предок візьме правильні акорди і зіграє музичний твір Бетховена “До Елізи”? "Називаючи себе мудрими, збожеволіли" (Послання до Римлян 1:22).

"Славлю Тебе, бо я чудово влаштований. Дивні діла Твої, і душа моя цілком усвідомлює це" (Псалом 138:14).

* Доктор Спі Ю є нейрохірургом та викладачем у Коледжі хірургів у Гонконгу.

Походження мозку Савельєв Сергій В'ячеславович

§ 28. Виникнення відділів головного мозку

Ранній період історії виникнення предків хребетних, до формування добре структурованого скелета, досить туманний. Якщо припустити, що предкові хордові форми були м'якотілими істотами розміром близько 10-15 см, то виникне суттєва проблема як з біотопом, так і з біологічним змістом появи таких істот. Першою умовою виникнення хордових мало стати якесь дуже вигідне середовище. У ній має бути багато їжі, яка ще не освоєна іншими організмами. Це середовище має давати можливість ефективно розмножуватися та захищати від потенційних хижаків. Цілком можливо, що перші хребетні виникли в мілководді білатералі. У цих місцях великі морські безхребетні були не такі небезпечні, як у воді, а розміри наземних безхребетних хижаків були набагато меншими, ніж у водному середовищі, що дозволяло виживати навіть м'якотілим предкам хребетних (Janvier, 1981).

Допускаючи появу перших хордових на мілководній білатералі, спробуємо уявити ключові етапи формування основних відділів головного мозку. Головний мозок древніх хордових сформувався з 3-4 ростральних гангліїв, що злилися, нервового ланцюжка безхребетних (див. рис. II-15; II-16). Гангліозна структура нервового ланцюжка безхребетних передбачає збереження слідів рострокаудальної сегментації, що позначилася на організації первинних нейральних відділів (рис. II-23, а). У найбільш примітивному стані дорсальна нервова трубка полягала в головній частині трьох сенсомоторних центрів. Найкаудальнішою і найдавнішою частиною були два сенсомоторні ганглії на межі головного та спинного мозку. Вони становили основу координованої ефекторної активності всіх моторних нейронів у давній нервовій системі. Ця функція була успадкована від безхребетних, як і принципи морфологічної організації.

Ретикулярно-нейропильна структура довгастого та заднього мозку сучасних первинноводних хребетних дуже близька за принципами організації до моторних гангліозних центрів сучасних турбеллярій та поліхет. Ростральніший від моторних центрів розташований видозмінений ганглій, пов'язаний із зоровою системою. Парні очі також стали спадщиною безхребетних предків. Малоймовірно, що вони виникли вдруге, хоча інвертована будова сітківки та її утворення з нервової трубки не виключають такого варіанта розвитку подій. Спереду від зорових центрів спочатку розташовувався ще один залишок самого рострального ганглію безхребетних. Це нейроморфологічний спадок нейрогемального (гормонального) органу. Очевидно, збереглися ганглій і з ним орган гормональної регуляції поведінки. Нейрогемальний орган інтегрувався в гангліозну структуру цієї ділянки мозку.

Однак у самого рострального ділянки нервової трубки виникли і додаткові функції. Насамперед це механорецепторний апарат передньої частини тіла. Ці функції виконував термінальний нерв (0) із власним ганглієм. Він іннервував етмоїдну зону голови стародавнього хребетного так само, як він виконує ці функції у сучасних костистих, дводикодих і пластиножаберних. Нижня частина цього прообразу проміжного мозку стикалася з глоточним епітелієм, де виконувала функції смакового рецептора. Залежно від складу їжі змінювалася гормональна активність нейрогемальних центрів та відбувалася адаптивна зміна як поведінки, так і роботи травної системи.

Внутрішньоротове смакове поле було прообразом аденогіпофіза, яке згодом змінило свої функції. В даний час ця гіпотеза виникнення та сегментації відділів мозку виглядає найбільш повною, хоч і розходиться з припущеннями інших авторів (Olson, 1986; Keynes, Lumsden, 1990).

Не виключено, що від початку еволюції ростральна ділянка нервової трубки була пов'язана з ектодерма. Примітивні здібності ектодермальних клітин до сприйняття рівня освітленості дозволили сформувати пінеальне око. Світлочутливий орган, безпосередньо пов'язаний із гормональним центром, давав можливість регулювати добову гормональну активність. У сучасних первинноводних хребетних ці функції виконують тім'яне око та нейрогормональний пінеальний комплекс дорсальної частини проміжного мозку (Janvier, 1981; Jollie, 1982).

Зважаючи на все, зовнішній дистантний хеморецептор виник дещо пізніше (див. рис. II-23, б,в). Він сформувався як ростродорсальне випинання частини майбутнього проміжного мозку у зоні відходження термінального нерва. Очевидно, він спочатку складався з непарного потовщення гангліозного типу та центрального хеморецепторного поля. Проте така асиметричність зберігалася недовго. Нюхальне поле розділилося на два самостійні органи нюху з окремими нервами. Причина таких перетворень добре зрозуміла. При непарному органі нюху треба здійснювати досить складні рухи тілом, щоб визначити напрямок джерела запаху. Так чинять сучасні круглороті. Збільшення відстані між двома сенсорними центрами дозволяє точніше і швидше визначати напрямок джерела запахів без особливих витрат за рух.

З поділом хеморецепторного поля на два симетричні органи нюху відбулася й інша важлива зміна в організації головного мозку – виникли парні півкулі (рис. II-24). Можна припустити, що на першому етапі зачаток переднього мозку був асиметричним потовщенням нервової трубки. Потім відбувся поділ зовнішнього нюхового поля і, як наслідок, нюхових нервів (див. рис. II-24 а). Це призвело до початку латерального збільшення ділянок переднього мозку, що обробляють нюхові сигнали. Паралельно розвивалися і комісуральні зв'язки між зачатками нюхових півкуль. Вони були потрібні для порівняння нюхових сигналів від кожної сторони тіла (див. рис. II-24, б). Нюхові півкулі поширювалися в ростральному напрямку і формували дві сліпі кишені - латеральні шлуночки. Вони й у сучасних хребетних з'єднуються між собою та III шлуночком лише у каудальній зоні переднього мозку. Ця тенденція збільшення розмірів нюхових центрів призвела зрештою до формування парних півкуль переднього мозку (див. рис. II-24, в).

Проте нарощування кількості нервових клітин у нюхових центрах мозку первинноводних хребетних йшло різними шляхами. Ще на зорі виникнення переднього мозку було реалізовано дві різні еволюційні стратегії. Одна з них передбачала збільшення розмірів переднього мозку шляхом розмноження клітин у пришлуночковому шарі з подальшою їх міграцією у зовнішні частини стінки півкулі. При цьому типі розвитку мозку формуються парні півкулі із замкненою зовнішньою стінкою. Такий варіант організації ми найчастіше зустрічаємо у пластиножаберних (див. рис. II-24, в). Більшість костистих риб і розподіл клітин, та його диференціювання відбуваються у безпосередній близькості від мозкових шлуночків. Наслідком такого типу диференціювання стає вивертання пришлуночкової поверхні півкуль назовні (див. рис. II-24, г). Еверсія півкуль переднього мозку стала глухим варіантом в еволюції нервової системи, якщо, звичайно, вважати вихід на сушу еволюційно прогресивною подією. У наземних хребетних немає евертованого варіанта будови переднього мозку, яке власники не змогли залишити водне середовище.

Продовжуючи реконструювати розвиток основних відділів мозку, слід зазначити, що з часом гіпофізарна смакова кишеня втратила своє значення. Його функції стала виконувати частину ротової порожнини, яка іннервувалась кількома гілками різних зябрових нервів (Mallatt, 1984). Така множинність іннервації смакових клітин збереглася і в сучасних хребетних. Однак рецепторні та секреторні властивості клітин архаїчної гіпофізарної ямки не зникли без сліду. На її основі сформувався нейрогіпофіз, який у поєднанні з аденогіпофізом став ключовим органом регуляції залоз внутрішньої секреції. При переході до активного плавання навантаження на сенсомоторні відділи збільшилося, що призвело до збільшення розмірів задніх мозкових відділів, а потім і до утворення IV шлуночка. Ці перетворення не були революційними, а архетип мозку зберігся в усіх сучасних хребетних. Цілком зрозуміло, що проведена реконструкція можливих етапів еволюції первинних хребетних носить гіпотетичний характер. Однак порівняльно-морфологічні та палеонтологічні дані побічно підтверджують цю точку зору (Stensio, 1963; Schaeffer, 1981).